量。
【附图说明】
[0028]图1为根据本发明的甲烷三重整反应装置结构示意图；
[0029]图2为图1中氧气进料装置结构示意图。
[0030]其中:1:固定床壳体；2:混合气入口 ；3:氧气进料装置；4:催化剂床层；5:合成气出口 ；6:压缩区；7:加速区；8:工作区。
【具体实施方式】
[0031]本发明可采用经过脱硫之后的焦炉煤气直接进料，在固定床壳体I中再向系统中补充CO2、水蒸气和02。焦炉煤气中的CHdP CO2、水蒸气在催化剂床层上发生重整反应。氧气的加入能够与催化剂表面上的积碳发生反应，消除催化剂表面上积碳，恢复催化剂的催化活性。
[0032]反应方程式如下:
[0033]CH4+C02= 2CO+2H2 (I)
[0034]CH4+H20 = CO+3H2 (2)
[0035]在重整过程中还会发生如下反应:
[0036]CH4+C02= 2C+2H20 (3)
[0037]C+H20 = CO+H2 (4)
[0038]积碳消除反应:
[0039]2C+02= 2CO (5)
[0040]C+02= CO2 (6)
[0041]本发明主要针对焦炉煤气还原炼铁，利用甲烷三重整技术提供气基竖炉还原炼铁所需的合格还原气。通过该技术能将焦炉煤气中的014和CO 2转化为CO和H 2作为还原炼铁的还原气，同时能降低还原气中014和CO 2的热量携带，降低还原炼铁系统的能耗。同时经过处理之后能增加入炉还原气中有效成分CO和H2的含量，增大同等焦炉气产量下的还原炼铁规模。同时，将0)2重整成为CO，能够降低温室气体的排放，对炼铁企业环境友好起到积极的作用。
[0042]优选实施例一
[0043]根据本发明的一种利用亚音速氧的甲烷三重整制备合成气体的装置包括固定床壳体1，氧气进料装置3、催化剂床层4、混合气入口 2和合成气出口 5，其中，所述混合气入口 2设置在固定床壳体I的一侧，所述合成气出口 5设置在固定床壳体I的另一侧，所述催化剂床层4设置在固定床壳体I的中间位置，所述氧气进料装置3设置在固定床壳体I上靠近所述催化剂床层4的位置。
[0044]优选地，所述氧气进料装置3采用特殊的结构，整个氧气进料装置包括一个带半球形底部的锥形核和一个外管，所述外管的两端为两个直径不一的管，所述外管的中部为连接两端管的锥形管，该锥形核固定在该外管中，包括圆锥体的半球形底部和圆锥体本体，所述圆锥体本体至少部分位于所述锥形管中，并且所述圆锥形本体与所述锥形管的缩进方向一致，即所述圆锥形本体由宽变窄的方向与所述锥形管由宽变窄的方向一致。
[0045]所述氧气进料装置3沿着外管整体由宽变窄的方向依次可分为压缩区6、加速区7和工作区8。
[0046]其中，压缩区6是由管径最大的管和圆锥体的半球形底部构成，半球形底部的作用是减小氧气进料时的阻力，降低氧气进料能量损失；半球形底部直径与管内径比例为
0.8-0.9:1。氧气由体积大的区域通过一个体积较窄的区域产生压缩。该推动力来自于氧气进料源头和固定床壳体I的压力差。氧气原料气压力高于固定床壳体I压力20% -50%,其中又以30% -40%为最佳。
[0047]其中，加速区7由所述锥形管和圆锥体本体构成，圆锥体的顶角角度范围为:30°-75°。所述锥形管与直行管道夹角为:120°-160°，加速区使得氧气的体积和速度增大并且温度降低。
[0048]其中，工作区8主要是由一端的直行管构成，工作区一端的管道内径与压缩区另一端的管道内径比为:1:2-4，工作区长度与工作区内径比例为:5-10:1。
[0049]优选地，氧气进料装置的压缩区和加速区位于固定床壳体外，工作段伸入固定床壳体内。
[0050]优选地，氧气进料装置3的工作区的氧气出口端与催化剂床层的距离控制在30mm-500mm范围内，该氧气出口端与催化剂床层的夹角为30°_60°。
[0051]优选实施例二
[0052]优选地，上述甲烷三重整反应装置采用的反应床层为固定床壳体I。氧气进料装置3设计尺寸如下:圆锥核的球形底部直径与压缩区中管内径比例为0.8:1 ;圆锥体本体的顶角角度为:50ο ;锥形管与直行管道夹角为:135ο ;工作区管道内径与压缩区管道内径比为:1:3 ;工作区长度与工作区内径比例为:8:1 ;氧气出口端与催化剂床层夹角60ο ;氧气出口端与催化剂床层距离为80mm。
[0053]利用上述反应装置，根据本发明的一种利用亚音速氧的甲烷三重整制备合成气体的方法，可包括以下步骤:
[0054]1、经过脱硫处理的焦炉煤气，经由图1中所示混合气入口 2进气，进气温度为50 °C，压力为 0.6Mpa。
[0055]2、焦炉煤气中还需补充0)2和水蒸气，保证其比例控制在CH4:CO 2:H 20 = 2:0.8: 2。
[0056]3、催化剂床层温度控制在700°C，床层温差控制在50°C。
[0057]4、氧气从氧气进料装置3单独进入固定床壳体1，氧气气源压力为IMPa，比固定床壳体I的压力高40%，氧气出口端压力与固定床壳体I压力一致，均为0.6Mpa?
[0058]5、氧气的进料方式选择间歇式进气。
[0059]6、当催化剂床层温度升高至1100 °C，这时CO2的转化率为58%，开始向固定床壳体I中加入氧气。
[0060]7、氧气进料量与原料气中CH4的体积比为0.1:2，氧气为常温进气。
[0061]8、氧气经过氧气进料装置3处理后，氧气的进气速度280m/s，温度为_50°C。
[0062]9、经过反应后，原料气中CH4的平均转化率为97%，CO2的转化率为78%，制备出的合成气中仏和CO的体积比为H2:C0 = 2-4，再经过脱0)2处理后可作为合格的气基竖炉原料气。
[0063]优选实施例三
[0064]优选地，如上所述的甲烷三重整反应装置采用的反应床层为固定床壳体I。氧气进料装置3设计尺寸如下:圆锥核的球形底部直径与压缩区中管内径比例为0.8:1 ;圆锥体本体的顶角角度为:50°;锥形管与直行管道夹角为:135°;工作区管道内径与压缩区管道内径比为:1:3 ;工作区长度与工作区内径比例为:8:1 ;氧气出口端与催化剂床层夹角60°;氧气出口端与催化剂床层距离为80mm。与实施例二不同的是，氧气的进料方式选择连续进气。
[0065]利用上述反应装置，根据本发明的另一种利用亚音速氧的甲烷三重整制备合成气体的方法，可包括以下步骤:
[0066]1、经过脱硫处理的焦炉煤气，由图1中所示混合气入口 2进气，进气温度为50°C，压力为0.6Mpa。
[0067]2、焦炉煤气中还需补充0)2和水蒸气，保证其比例控制在CH4:CO 2:H 20 = 2:0.8: 2。
[0068]3、催化剂床层温度控制在700°C，床层温差控制在50°C。
[0069]4、氧气从氧气进料装置3单独进入固定床壳体1，氧气气源压力为IMPa，比固定床壳体I压力高40%，氧气出口端压力与固定床壳体I压力一致，均为0.6Mpa?
[0070]5、氧气进料量与原料气中014的比例为0.08:2，氧气为常温进气。
[0071]6、氧气的进料方式选择连续进气、氧气经过特殊的进料口处理后，氧气的进气速度 280m/s，温度为 _50°C。
[0072]7、经过反应后，原料气中014的平均转化率为98%，CO 2的平均转化率为86%，制备出的合成气中H2 = CO = 2-4，再经过脱CO2处理后可作为合格的气基竖炉原料气。
[0073]综上所述，甲烷三重